DIY低成本-微米级光刻机【兴趣是最好的老师】

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最近，B站上一位本科生自制光刻机的视频火了。是的，你没听错，大连理工大学化工学院的学生彭译锋，竟然凭着一张图纸成功在家里搭建了纳米级光刻机，还成功光刻出75微米（μm）的孔径。2020年，美国的打压让所有国产芯片厂商意识到了半导体制造设备的重要性。给华为生产芯片的代工厂只要涉及美国技术和设备，都必须经美国同意，而整个芯片生产流程中，最让国人头疼的还是光刻机。

作为芯片制造中最重要的一环，光刻机占据了芯片成本的1/3以上，可以说是集成电路生产线中最昂贵复杂的核心设备，光刻机制造也因此被誉为工业上的皇冠。最近，B站上一位本科生自制光刻机的视频火了。

是的，你没听错，大连理工大学化工学院的学生彭译锋，竟然凭着一张图纸成功在家里搭建了纳米级光刻机，还成功光刻出75微米（μm）的孔径。

截图自bilibili，下同

这位同学还在读本科，整个制造过程都是在一间超简陋的小书桌上完成的，全部数学演算全靠一张白板，所有的材料都堆放在桌上地上，简直

就是“家居实验室模范”。大概长这个样子，非常接地气了。     

彭同学在视频中表示，他制造光刻机的图纸来自自己西安电子科技大学的同学，图纸大概长下图这个样子。彭同学也正是凭借着这张图纸，完整复刻了整台纳米级光刻机。

小彭同学拿到图纸第一反应：这不是两台显微镜嘛？

其实早在今年5月，彭同学已经发布了一个半导体光刻教程-1CM工艺教程成果，目前75μm工艺是在1cm的研究上研究出来的，当时由于时间有限，所以他之前完成了一层，真正量产的芯片不止一层，这里是做一个简单的示范。

在他的其它视频中是有做准备工作的，比如:

培养单晶硅片，需要把整个硅片的表面全部用氧化层覆盖。

光刻掩板也需要小心放置，非常的脆弱，容易直接碎掉。

NMOS板掩盖部分还需要上胶水。

目前的研究成果他大概花了半年自己琢磨出来的，最早的兴趣来自高中的时候，那个时候还没有视频和资料，但是他就是想自研芯片。

并且彭同学也想通过视频给大家证明，环境怎么样不重要，有动手能力和兴趣就足够啦！

专业技术，超低成本，挑战自制光刻机的极限

小彭同学在一段21分钟的快进视频中呈现了自制光刻机的整个过程。

首先他先自建微纳米平台，两台显微镜加一个激光雕刻机等部件就位。雕刻机的功率是500毫瓦。

由于硅片具有反射性，所以在雕刻时必须要带上护目镜。

左边这台带屏幕的显微镜还是找同学借的，主要是用来观察实验结果的。  

还有悬涂设备，用来悬涂比较大的设备。

用显微镜改装成微缩光刻机，用普通的镜头先对焦，对焦好以后再用光刻的镜头进行操作。

光刻镜头是用锡纸改装的，起到散热和遮蔽外泄紫外线的作用。

连接线加LED紫外灯，大约10瓦的功率，由于紫外线容易对人体造成伤害，所以务必要用锡纸做遮掩，镜头里也需要掩膜以及游标卡尺，黄光灯来配合。     

芯片少不了光刻胶这种原料，小彭同学花了不少力气，终于淘到了一小瓶光刻胶（150元），光刻胶的外袋是黑色遮光的，但Bug是装光刻胶的瓶子却是透明的，所以说不能一拿到手就打开，一旦随意打开就容易全部曝光了，最好是在黄光（特定区域）的背景下打开。还要把光刻胶进行分装，大概每次3-4ml，取胶剂、显影液就准备自己调试一下。

由于光刻胶的瓶子都是日本进口的，小彭同学不禁感叹：

我们还有很多需要学习的地方，比起现有的技术还有很大的距离。

配置显影液，使用袋装的氢氧化钠，为什么没有用成品显影液呢？

因为小彭同学还是学生，预算不够，仅有的钱拿去买光刻胶了，配上某臣氏的蒸馏水，虽然不是链子级别的超纯水和去离子水，但是蒸馏水也能凑合。经过反复调试，配置的显影液的PH值大概在9.3左右，需要配置500ml左右。

再就是预热加热台，110°C，打开除湿用的净化器。仔细阅读光刻胶说明书。把玻璃片进行悬涂之前，要用氮气除去表面的灰尘。

再开始滴一些光刻胶，就可以开始悬涂了。细节部分也很充分，风扇的转数需要达到4000转以上，否则达不到效果。

悬涂完成后放在预热好的加热台上，放置时间为90秒，过程中最好用锡纸盖上，以免灰尘异物落在玻璃片上。

接下来就可以进行工艺参数的设置，速度调成2000左右，功率调到40%，选择点雕刻，并选择每mm两个点，停留时间为2毫秒，全部设置好后，

开启热光模式。

然后进行对焦，就可以开始光刻了。

再拿出刚配好的显影液，不要倒太多，以免浓度过高，没有空间可以稀释以及补充碱液。

配置妥当后，反影就可以开始了。玻璃片的表面会有红色物质生成，是重新溶解的光刻胶。

由于是自配的显影液，所以在某些参数的位置掌握得不太好。显像的位置不是很明显，只能看到一片玻色显影。   

如果要看详细的，只能在显微镜下面看，有的地方是被腐蚀得不是很好。并在中等位列的情况下，是可以看到做出来的效果还可以，黑影的位置是在刚刚处理得不够充分，还缺少一些腐蚀时间。

最高分辨率的情况下，一个点的结构：  

根据对孔径的测量，大概是75μm的直径。

网友评论：用最简陋的设备尝试最有趣的事

目前，小彭同学的视频在b站上已经有了20万的播放量。网友们对此评价也相当高。

有的网友劝小彭同学毕业后直接去上海微电子应聘，评论区也有博世精密大佬邀请他一起合作研发。

中国何时能摘取这只“工业上的皇冠”？

成功生产半导体芯片的技术主要分成：

-湿洗、

-光刻、

-离子注入、

-干蚀刻、

-湿蚀刻、

-等离子冲洗、

-热处理、

-快速热退火、

-退火、

-热氧化、

-化学气相淀积（CVD）、

-物理气相淀积（PVD）、

-分子束外延（MBE）、

-电镀处理、

-化学/机械处理、

-晶圆测试

-晶圆打磨，

经过这些步骤都成功后，才能出厂封装。

看着步骤挺多，但是再看看制作工序，其中的第二步就是光刻，光刻机技术一直被誉为“工业之光”、“工业上的皇冠”。

目前国内最先进的光刻机技术在上海微电子的，国产光刻机精度大约是28纳米，中芯国际目前掌握的半导体工艺为14纳米，而华为目前所需的

移动处理器先进工艺为5纳米和7纳米。

也就是说，如果我们还没有掌握5纳米和7纳米的技术工艺，后面的工艺基本就无法继续。

为了能研发出我们国家的自产芯片，不知道有多少优秀的人才正在日以继夜地进行苦心钻研，早日国产化，是我们每一个中国人的心愿。   

  

就像小彭同学在评论里说的那样：

他放上这个手把手微纳加工平台的组装教学视频，

以专业技术、超低成本，挑战自制光刻机的极限-75μm工艺，

只为唤醒更多后浪们对科技的追求和探索！

我们也祝他，早日梦想成真！

本文转载自网络：综合自Bilibili、人民网、大数据文摘报道

转原视频链接：https://www.bilibili.com/video/av883700060/

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厉害，加油！